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為什么氫燃料電池汽車安全系數(shù)相對最高?
作者:官方 來源:互聯(lián)網(wǎng) 所屬欄目:氫業(yè)資訊 發(fā)布時間:2021-07-15 12:21
[ 導(dǎo)讀 ]在大眾對于氫燃料電池汽車中存在一個普遍的誤區(qū),那就是氫屬于易燃易爆氣體,那么相同的氫燃料電池汽車安全隱患也比較大,在這個...

在大眾對于氫燃料電池汽車中存在一個普遍的誤區(qū),那就是氫屬于易燃易爆氣體,那么相同的氫燃料電池汽車安全隱患也比較大,在這個條件下,很多人選擇站在氫能汽車的對立面。

從氫氣本身來看:

先從源頭氫氣來看,凡事的發(fā)生都會有條件存在,公眾只記住氫氣屬于易燃易爆氣體,但是卻忽視了氫氣爆炸發(fā)生存在的三個必要條件:在密閉的空間里、濃度達(dá)到一定值(氫氣在空氣中的體積濃度在4.0%~75%之間時,遇火源就會爆炸,而當(dāng)氫氣濃度小于4.0%或大于75%時,即使遇到火源,也不會爆炸)并且有明火才會發(fā)生。

而汽車一般行駛在露天區(qū)域中,假設(shè)氫氣泄漏也只會發(fā)生燃燒而不是爆炸,到這里可能有人會問:“那么屬于半封閉空間的地下停車場呢?危險系數(shù)豈不是很高?”地下停車場確實是屬于半封閉空間,但是一般來說地下停車場會有設(shè)計機械排風(fēng)系統(tǒng)和機械排煙系統(tǒng)以保證空氣流通,而且最重要的一個點是,地下停車場在正常情況下是沒有明火出現(xiàn)的,所以高危安全隱患是不存在的。

日本汽車研究所FC·EV研究部做過一個實驗,就是從35Mpa的高壓下氫氣罐中放出氫氣時被點燃的情況。氫火焰最高可達(dá)10米左右,與其他氣體相比,它的密度和黏性都很小,所以在十幾秒內(nèi)氣體的釋放結(jié)束,火焰規(guī)模變小。另一方面,氫氣因為燃料本身沒有碳,所以火焰是黃色的不發(fā)生火焰。因此,丙烷和甲烷與碳?xì)浠衔锏臄U(kuò)散火焰相比,極其難以可視化。但是,從前面的照片來看,氫火焰可以可視化,空氣中存在的Na等微量化學(xué)成分和塵埃,這是由于氫氣火焰的熱量引起的反應(yīng)。

 為什么氫燃料電池汽車安全系數(shù)相對最高?

(圖   從35mpa氫氣罐中放出氫氣時的氫氣火焰)

在常溫常壓下,氫的密度只有空氣的7%,一方面氫氣是比較難形成易爆炸的氣霧燃料,就算因為防控措施未到位引起爆炸,其具有較寬的爆炸領(lǐng)域,換言之單位體積單位面積的爆炸比較低,難以產(chǎn)生灰霾和濃煙;從另一方面來說雖然氫氣密度很小,在空氣中很難聚集高濃度的氫,擴(kuò)散系數(shù)和浮力比較大,泄漏速度也快于其他氣體,從實際角度來講,氫罐在使用中發(fā)生泄漏屬于極低概率,就算發(fā)生了泄漏,泄露之后濃度可快速降低。

美國邁阿密大學(xué)的Swain博士做過一個著名的試驗。氫燃料電池汽車和燃油汽車同時進(jìn)行泄漏點火試驗,點火三秒后,高壓氫氣的火焰從汽車尾部垂直沖向上方,而燃油汽車從汽車下部開始著火;1分鐘之后,氫燃料電池汽車的火焰仍然是垂直噴射并且火焰小了很多,沒有對汽車造成傷害,而燃油汽車開始燃起熊熊大火將汽車燒的面無全非。

為什么氫燃料電池汽車安全系數(shù)相對最高?

從氫燃料電池汽車系統(tǒng)來看:

首先是儲氫瓶,很多人都了解到氫氣與金屬材料接觸會發(fā)生氫脆效應(yīng),簡單來說就是溶于金屬中的高壓氫在局部濃度達(dá)到飽和后引起金屬塑性下降、誘發(fā)裂紋甚至開裂的現(xiàn)象,在鍍鋅件中的斷裂比例達(dá)到40%~50%,但是目前的儲氫罐是主要是基于碳纖維增強塑料材料,前者內(nèi)膽為金屬,后者內(nèi)膽為塑料,外部通過碳纖維增強塑料纏繞加工而成,所以現(xiàn)在選擇高壓儲氫瓶選擇鋁合金或合成材料來避免氫脆問題。

其次是氫系統(tǒng)的防護(hù)措施,萬一氫燃料電池的氫氣真的發(fā)生意外泄漏,車上的系統(tǒng)也裝了氫氣傳感器,會在1秒內(nèi)檢測到泄漏,微量泄漏會有警報,大量泄漏會強制關(guān)閉供氫閥。中國科學(xué)院院士郭烈錦曾在一次采訪中提到,氫其實很安全,他所在的國家重點實驗室從1997年開始做氫能,在實驗室的敏感部位都裝了氫敏感的傳感器,只要發(fā)生高濃度的氫氣泄漏,它就會報警,但是至今,他從來沒有叫過。

 為什么氫燃料電池汽車安全系數(shù)相對最高?

(圖 氫氣泄漏控制表)

氫燃料電池汽車通過氫系統(tǒng)控制器將各種監(jiān)控信息傳遞給各種安全設(shè)施,及時斷開或關(guān)閉,使燃料電池汽車處于安全狀態(tài)。

 

為什么氫燃料電池汽車安全系數(shù)相對最高?

(圖   氫燃料電池汽車系統(tǒng))

從另一點看,儲氫罐罐體是十分堅固的,豐田曾做過一個汽車罐體強烈撞擊試驗,實驗結(jié)果顯示罐體就算遇到80kph的追尾碰撞罐體也不會發(fā)生變形。

 為什么氫燃料電池汽車安全系數(shù)相對最高?

(圖   豐田80kph實驗后的罐體對比)

以上幾個方面師從大家比較關(guān)注的幾方面來進(jìn)行闡述,只要氫燃料電池汽車按照國家的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)一環(huán)扣一環(huán)地進(jìn)行生產(chǎn),那安全性相對來說應(yīng)該是最高的。國際組織都在積極地推動氫能發(fā)展,因為這是對人們有利的事情,當(dāng)然這也是一個未來必然的發(fā)展方向,要在全社會和人的意識之中逐漸形成一個對氫的關(guān)注,讓公眾了解氫燃料電池汽車是很安全的而不是一顆移動炸彈。

 

資料參考:

《自動車火災(zāi)試験や著火試験結(jié)果からみた水素の安全性について》——田村陽介

《氫燃料電池汽車系統(tǒng)安全性分析》——氫車簡從


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